bateriile litiu-Ion sau Li-Ion sunt un tip de baterie reîncărcabilă care este utilizată în multe aplicații, dar cel mai frecvent în industria electronică. Bateriile Li-Ion furnizează electricitate portabilă, alimentând gadgeturi electronice, cum ar fi telefoane mobile, laptopuri și tablete. Bateriile Li-Ion sunt, de asemenea, utilizate pentru a furniza energie echipamentelor medicale, vehiculelor electrice și sculelor electrice.

litiul este sursa primară pentru pachetele de baterii Li-Ion, deoarece este mai stabil și mai sigur în încărcarea și descărcarea energiei în comparație cu alte minerale.

în afară de industria electronică, litiul este un mineral de bază în minerit, producție, stocare a energiei și multe altele. Datorită numeroaselor sale utilizări din industrie, importanța bateriilor litiu-Ion nu poate fi supraestimată: este, foarte posibil, una dintre cele mai importante evoluții din lumea modernă, fără de care secolul 21 nu ar fi fost posibil.

litiu-Ion: O scurtă istorie

bateria litiu-Ion își are începuturile în anii 1970, când chimistul britanic M. Stanley Whittingham a propus crearea unui dispozitiv de stocare a energiei folosind celule de litiu. Primele Baterii cu litiu au folosit metale sulfurate de litiu și titan(IV) care, deși operaționale, erau impracticabile din cauza costurilor scumpe de producție ale titanului(IV) suflide (metalele cu sulfură de titan costă în jur de 1.000 de dolari în anii ’70), ca să nu mai vorbim de produsele sale secundare toxice atunci când sunt expuse la compuși cu hidrogen sulfurat.

de-a lungul majorității anilor 70 și 80, diverși oameni de știință și ingineri au fost pionieri și perfecționați bateria cu litiu. În 1979, oamenii de știință John Goodenough, Ned A. Godshall et.al., și Koichi Mizushima, în încercări separate, a creat și perfecționat dioxidul de Cobalt de litiu sau LiCoO2. Această baterie a deschis calea pentru noi Baterii reîncărcabile care au devenit baza pentru dezvoltarea bateriei litiu-Ion în 1985, când Akira Yoshino a asamblat un prototip de baterie care a folosit atât ioni de litiu, cât și dioxid de cobalt de litiu ca electrozi ai bateriei.până în 1991, companiile japoneze Asahi Kasei și Sony au început să producă în masă bateria litiu-ion și să o aplice la multe dintre produsele lor electronice, mai mulți oameni de știință și ingineri perfecționând tehnologia de-a lungul anilor 90 și până în prezent. În 2019, oamenii de știință Stanley Whittingham, Akira Yoshino și John Goodenough au fost co-premiați cu Premiul Nobel pentru chimie, în special pentru munca lor în dezvoltarea bateriilor Li-Ion.

compoziția bateriei Li-Ion

bateriile Li-Ion vin în diferite tipuri, dar în general sunt alcătuite din următoarele componente:

• catod sau electrodul pozitiv: Sursa ionilor de litiu care determină capacitatea și tensiunea bateriilor
• anod sau electrodul negativ: secțiune care stochează și eliberează ioni printr-o unitate externă
• electrolit: mediu care transportă ioni între catod și anod
• separator: Barieră care împiedică catodul și anodul să intre în contact între ele

aceste componente majore trebuie să fie prezente într-o baterie Li-Ion pentru a funcționa corect.

pachete de alimentare portabile

după cum sa menționat mai sus, bateriile Li-ion reîncărcabile furnizează electricitate portabilă care alimentează gadgeturile electronice. Bateriile Li-ion sunt ușoare și pot fi făcute mai mici decât alte tipuri de baterii, ceea ce le face convenabile de transportat.

sursă de alimentare neîntreruptă (UPS)

bateriile Li-ion furnizează energie de rezervă de urgență în caz de pierdere de energie sau fluctuație. Echipamentele de birou, cum ar fi computerele, precum și serverele IT, trebuie să continue să funcționeze în caz de întrerupere a alimentării pentru a preveni pierderea datelor. Puterea de rezervă este, de asemenea, necesară în industria medicală sau de îngrijire a sănătății pentru a garanta o alimentare consecventă a echipamentelor medicale care salvează vieți.

vehicule electrice

industria auto prezintă o cerere de pachete de baterii li-ion pentru a furniza sursă de energie pentru vehiculele electrice electrice, hibride sau plug-in hibride. Deoarece Bateria li-ion poate stoca cantități mari de energie și poate fi reîncărcată de mai multe ori, acestea oferă o capacitate de încărcare mai bună și o durată de viață mai lungă.

vehiculele Marine

bateriile Li-ion continuă să apară ca o alternativă la bateriile pe benzină și plumb-acid în alimentarea bărcilor de lucru sau a remorcherelor și a bărcilor de agrement, cum ar fi bărcile cu viteză și iahturile. Bateriile Li-ion oferă o sursă de energie liniștită și eficientă și pot fi, de asemenea, utilizate pentru a furniza energie electrică aparatelor din interiorul bărcii sau iahtului în timp ce se află pe doc.

mobilitate personală

bateriile litiu-ion sunt utilizate în scaune cu rotile, biciclete, scutere și alte ajutoare de mobilitate pentru persoanele cu dizabilități sau restricții de mobilitate. Spre deosebire de bateriile cu cadmiu și plumb, bateriile litiu-ion nu conțin substanțe chimice care pot provoca daune suplimentare sănătății unei persoane.

stocarea energiei solare

bateriile Li-ion sunt, de asemenea, utilizate pentru stocarea energiei solare în panourile solare, deoarece pot fi încărcate rapid. Sunt mai ușoare, mai compacte și pot conține cantități mai mari de energie în comparație cu bateriile cu plumb acid.

aplicațiile de mai sus sunt doar câteva dintre numeroasele utilizări ale bateriilor litiu-ion. Deoarece bateriile litiu-ion sunt compacte, portabile și echipate cu încărcare rapidă și capacitate mare de stocare, cererea de baterii litiu-ion rămâne sau poate chiar crește în viitor.

siguranța și pericolele de mediu ale bateriei Li-Ion

În ciuda utilizării sale pe scară largă și a stocării eficiente din punct de vedere energetic, bateria Li-Ion nu este perfectă; poate fi un pericol pentru siguranță dacă este produsă, utilizată și stocată necorespunzător. Deoarece bateria conține electroliți inflamabili, bateriile Li-Ion au tendința de a deveni presurizate până la punctul de explozie în cazul în care suferă orice deteriorare structurală. Atunci când sunt încărcate prea repede, bateriile Li-Ion pot risca, de asemenea, să scurtcircuiteze și să provoace o explozie.

Din această cauză și din cauza utilizării sale pe scară largă în majoritatea produselor comerciale, standardele de siguranță și testarea siguranței bateriilor Li-Ion sunt mult mai stricte decât alte tipuri de baterii. Electroliții inflamabili prezenți în bateriile Li-Ion înseamnă că producția necorespunzătoare poate duce la rezultate deseori dezastruoase.

bateriile Li-Ion sunt, de asemenea, susceptibile de deteriorare atunci când sunt încărcate dincolo de limitele lor de tensiune. În mod normal, o baterie Li-Ion are un interval de tensiune cuprins între 2,5 și 3,65 volți (sau, până la 4,35 V în funcție de compoziția celulei). Depășirea acestei tensiuni din cauza încărcării necorespunzătoare poate duce la o îmbătrânire prematură a celulelor bateriei, ceea ce, în cel mai bun caz, înseamnă că bateria stochează energia mai puțin eficient sau, în cel mai rău caz, determină explozia componentelor reactive din celule.

atunci când sunt stocate prea mult timp, bateriile Li-Ion se pot degrada prematur, ceea ce înseamnă că nu vor putea atinge intervalul normal de tensiune atunci când sunt utilizate în cele din urmă. Acest lucru prezintă un risc, deoarece riscă să fie supraîncărcat, în ciuda faptului că utilizatorul urmează instrucțiunile pachetului pentru încărcare.

deși bateriile Li-Ion folosesc metale „mai puțin toxice”, cum ar fi fierul, nichelul, CUPRUL și cobaltul (și sunt clasificate ca atare), producția și metoda lor de eliminare pot reprezenta în continuare un pericol substanțial pentru mediu.

în timp ce componentele metalice ale bateriilor Li-Ion sunt reciclabile și sunt chiar sigure atât pentru incinerare, cât și pentru depozitele de deșeuri, reutilizarea lor pentru reutilizare și reproducere în alte produse este un proces îndelungat și costisitor, care, la rândul său, îi determină pe producători să renunțe la reciclare și, în schimb, să exploateze doar componente noi.

până când îmbunătățiri vaste sunt pionierate în producția de baterii Li-Ion, acestea vor reprezenta întotdeauna o amenințare pentru mediu: este nevoie de 67 megajoule de energie pentru a crea un singur kilogram de Li-Ion.

viitorul bateriei Li-Ion

deși acum are mai mult de 50 de ani, bateria Li-Ion se îmbunătățește în mod constant: oamenii de știință împing continuu limitele și limitele tehnologiei actuale Li-Ion experimentând noi modalități de a combina electroliții, anozii și catozii pentru a crea o baterie mai eficient din punct de vedere energetic, mai rentabil și mult mai sigur decât forma sa actuală.de la utilizarea unor materiale relativ mai ieftine (dar mai sigure), cum ar fi oxizii de siliciu și vanadiu, până la crearea de nanostructuri în interiorul celulelor pentru a crea o suprafață mai mare, oamenii de știință se gândesc la noi modalități de îmbunătățire a capacității energetice a bateriilor Li-Ion și a măsurilor de siguranță.